LINUX进程信号量
首先了解一下，信号量机概念是由荷兰科学家Dijkstr引入，值得一提的是，它提出的Dijksrtr算法解决了最短路径问题。
信号量又称为信号灯，它是用来协调不同进程间的数据对象的，而最主要的应用是共享内存方式的进程间通信。本质上，信号量是一个计数器，它用来记录对某个资源（如共享内存）的存取状况，信号量是一个特殊的变量，并且只有两个操作可以改变其值：等待(wait)与信号(signal)。
因为在Linux与UNIX编程中，"wait"与"signal"已经具有特殊的意义了（暂不知这特殊意义是啥），所以原始概念：
用于等待(wait)的P(信号量变量) ；
用于信号(signal)的V(信号量变量) ；
这两字母来自等待(passeren：通过，如同临界区前的检测点)与信号(vrjgeven：指定或释放，如同释放临界区的控制权)的荷兰语。
P操作 负责把当前进程由运行状态转换为阻塞状态，直到另外一个进程唤醒它。
操作为：申请一个空闲资源（把信号量减1），若成功，则退出；若失败，则该进程被阻塞；
V操作 负责把一个被阻塞的进程唤醒，它有一个参数表，存放着等待被唤醒的进程信息。
操作为：释放一个被占用的资源（把信号量加1），如果发现有被阻塞的进程，则选择一个唤醒之。
补充：查看共享信息的内存的命令是ipcs [-m|-s|-q] (全部的话是ipcs -a） ；查看共享信息的内存的命令是ipcs [-m|-s|-q]。
（一）系统调用函数semget()
函数原型：int semget(key_t key,int nsems,int semflg);
功能描述： 创建一个新的信号量集，或者存取一个已经存在的信号量集。
当调用semget创建一个信号量时，他的相应的semid_ds结构被初始化。ipc_perm中各个量被设置为相应
值：
sem_nsems被设置为nsems所示的值；
sem_otime被设置为0；
sem_ctime被设置为当前时间
参数介绍：
key：所创建或打开信号量集的键值,键值是IPC_PRIVATE，该值通常为0，创建一个仅能被进程进程给我的信号量, 键值不是IPC_PRIVATE，我们可以指定键值，例如1234；也可以一个ftok()函数来取得一个唯一的键值。
nsems：创建的信号量集中的信号量的个数，该参数只在创建信号量集时有效。
semflg：调用函数的操作类型，也可用于设置信号量集的访问权限，两者通过or表示：
有IPC_CREAT，IPC_EXCL两种：
IPC_CREAT如果信号量不存在，则创建一个信号量，否则获取。
IPC_EXCL只有信号量不存在的时候，新的信号量才建立，否则就产生错误。
返回值说明：
如果成功，则返回信号量集的IPC标识符，其作用与信息队列识符一样。
如果失败，则返回-1，errno被设定成以下的某个值
EACCES：没有访问该信号量集的权限
EEXIST：信号量集已经存在，无法创建
EINVAL：参数nsems的值小于0或者大于该信号量集的限制；或者是该key关联的信号量集已存在，并且nsems
大于该信号量集的信号量数
ENOENT：信号量集不存在，同时没有使用IPC_CREAT
ENOMEM ：没有足够的内存创建新的信号量集
ENOSPC：超出系统限制
每个信号量都有一些相关值：
semval 信号量的值，一般是一个正整数，它只能通过信号量系统调用semctl函数设置，程序无法直接对它进行修改。
sempid 最后一个对信号量进行操作的进程的pid.
semcnt 等待信号量的值大于其当前值的进程数。
semzcnt 等待信号量的值归零的进程数。
（二）信号量的控制 semctl()
原型：int semctl(int semid,int semnum,int cmd,union semun ctl_arg);
参数介绍： semid为信号量集引用标志符，即semget 的返回值。
semnum第二个参数是信号量数目；
cmd表示调用该函数执行的操作，其取值和对应操作如下：
标准的IPC函数
（注意在头文件
IPC_STAT 把状态信息放入ctl_arg.stat中
IPC_SET 用ctl_arg.stat中的值设置所有权/许可权
IPC_RMID 从系统中删除信号量集合
单信号量操作
（下面这些宏与sem_num指定的信号量合semctl返回值相关）
GETVAL 返回信号量的值（也就是semval）
SETVAL 把信号量的值写入ctl_arg.val中
GETPID 返回sempid值
GETNCNT 返回semncnt（参考上面内容）
GETZCNT 返回semzcnt（参考上面内容）
全信号量操作
GETALL 把所有信号量的semvals值写入ctl_arg.array
SETALL 用ctl_arg.array中的值设置所有信号量的semvals
参数arg代表一个union的semun的实例。semun是在linux/sem.h中定义的：
union semun {
int val; //执行SETVAL命令时使用
struct semid_ds *buf; //在IPC_STAT/IPC_SET命令中使用
unsigned short *array; //使用GETALL/SETALL命令时使用的指针
}
联合体中每个成员都有各自不同的类型，分别对应三种不同的semctl 功能，如果semval 是SETVAL.则使用的将是ctl_arg.val.
功能：smctl函数依据command参数会返回不同的值。它的一个重要用途是为信号量赋初值，因为进程无法直接对信号量的值进行修改。
（三）信号量操作semop函数
在 Linux 下，PV 操作通过调用semop函数来实现，也只有它能对PV进行操作
调用原型：int semop(int semid,struct sembuf*sops,unsign ednsops);
返回值：0，如果成功。-1，如果失败：errno=E2BIG(nsops大于最大的ops数目)
EACCESS(权限不够)
EAGAIN(使用了IPC_NOWAIT，但操作不能继续进行)
EFAULT(sops指向的地址无效)
EIDRM(信号量集已经删除)
EINTR(当睡眠时接收到其他信号)
EINVAL(信号量集不存在,或者semid无效)
ENOMEM(使用了SEM_UNDO,但无足够的内存创建所需的数据结构)
ERANGE(信号量值超出范围)
参数介绍：
第一个参数semid 是信号量集合标识符，它可能是从前一次的semget调用中获得的。
第二个参数是一个sembuf结构的数组，每个 sembuf 结构体对应一个特定信号的操作，sembuf结构在，
struct sembuf{
usign short sem_num;/*信号量索引*/
short sem_op;/*要执行的操作*/
short sem_flg;/*操作标志*/
}
sem_num 存放集合中某一信号量的索引，如果集合中只包含一个元素，则sem_num的值只能为0。
Sem_op取得值为一个有符号整数，该整数实际给定了semop函数将完成的功能。包括三种情况：
如果sem_op是负数，那么信号量将减去它的值，对应于p（）操作。这和信号量控制的资源有关。如果没有使用IPC_NOWAIT，那么调用进程将进入睡眠状态，直到信号量控制的资源可以使用为止。
如果sem_op是正数，则信号量加上它的值。对应于v（）操作。这也就是进程释放信号量控制的资源。
最后，如果sem_op是0，那么调用进程将调用sleep()，直到信号量的值为0。这在一个进程等待完全空闲的资源时使用。
sem_flag是用来告诉系统当进程退出时自动还原操作，它维护着一个整型变量semadj（信号灯的计数器），可设置为 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 两种状态。只有将 sem_flg 指定为 SEM_UNDO 标志后，semadj （所指定信号量针对调用进程的调整值）才会更新，即减去减去sem_num的值。 此外，如果此操作指定SEM_UNDO，系统更新过程中会撤消此信号灯的计数（semadj）。此操作可以随时进行---它永远不会强制等待的过程。调用进程必须有改变信号量集的权限。
实验代码：
pv.h pv.c文件介绍：可以封装成一个块
pv.h
#ifndef __PV_H__
#define __PV_H__
#include
int I(int semnums,int value);
int I_2(key_t key,int semnums,int value);
void P(int semid,int semnum,int value);
void V(int semid,int semnum,int value);
void D(int semid);
#endif
pv.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "pv.h"
union semun{
int val;
struct semid_ds *buf;
unsigned short *array;
};
int I(int semnums,int value)
{
int semid;
if((semid=semget(IPC_PRIVATE,semnums,IPC_CREAT|IPC_EXCL|0777))<0)//创建一个信号量
{
perror("semget error");
return -1;
}
union semun un;
unsigned short *array=(unsigned short*)calloc(semnums,sizeof(unsigned short));
int i=0;
for(i=0;i
array[i]=value;
}
un.array=array;
if(semctl(semid,0,SETALL,un)<0)//SETALL 用ctl_arg.array中的值设置所有信号量的semvals
{
perror("semctl error");
return -1;
}
free(array);
return semid;
}
int I_2(key_t key,int semnums,int value)
{
int semid;
if((semid=semget(key,semnums,IPC_CREAT|IPC_EXCL))<0)
{
perror("semget error");
return -1;
}
union semun un;
unsigned short *array=(unsigned short*)calloc(semnums,sizeof(unsigned short));
int i=0;
for(i=0;i
array[i]=value;
}
un.array=array;
if(semctl(semid,0,SETALL,un)<0)
{
perror("semctl error");
return -1;
}
free(array);
return semid;
}
void P(int semid,int semnum,int value)
{
assert(value>=0);
struct sembuf buf[]={semnum,-value,SEM_UNDO};
if(semop(semid,buf,sizeof(buf)/sizeof(struct sembuf))<0)
{
perror("P:semop error");
}
else
{
printf("semop P operation success\n");
}
}
void V(int semid,int semnum,int value)
{
assert(value>=0);
struct sembuf buf[]={semnum,value,SEM_UNDO};
if(semop(semid,buf,sizeof(buf)/sizeof(struct sembuf))<0)
{
perror("V:semop error");
}
else
{
printf("semop P operation success\n");
}
}
void D(int semid)
{
if(semctl(semid,0,IPC_RMID,NULL)<0)
{
perror("D operation error");
}
else
{
printf("D operation success\n");
}
}
可以调用命令：gcc -o pv.o -c pv.c 链接成一个.o文件
测试文件：test_sem.c
#include "pv.h"
#include
#include
#include
#include
void handlesem(key_t skey,int semid);
int main(void)
{
key_t semkey=0x200;
int i;
int semid;
semid=I_2(semkey,1,1);
for (i=0;i<3;i++)
{
if (fork()==0) //父进程负责产生3个子进程
handlesem(semkey,semid); //子进程中才执行handlesem，做完后就exit。
}
D(semid);
exit(0);
}
void handlesem(key_t skey,int semid)
{
pid_t pid=getpid();
printf("进程 %d 在临界资源区之前 \n",pid);
P(semid,0,1); //进程进入临界资源区，信号量减少1
printf("进程 %d 在使用临界资源时，停止10s \n",pid);
/*in real life do something interesting */
sleep(10);
printf("进程 %d 退出临界区后 \n",pid);
V(semid,0,1); //进程退出临界资源区，信号量加1
printf("进程 %d 完全退出\n",pid);
exit(0);
}
执行结果：
进程 30562 在临界资源区之前
semop P operation success
进程 30562 在使用临界资源时，停止10s
进程 30561 在临界资源区之前
进程 30560 在临界资源区之前
进程 30562 退出临界区后
semop V operation success
semop P operation success
进程 30561 在使用临界资源时，停止10s
进程 30562 完全退出
进程 30561 退出临界区后
semop V operation success
semop P operation success
进程 30560 在使用临界资源时，停止10s
进程 30561 完全退出
进程 30560 退出临界区后
semop V operation success
进程 30560 完全退出
D operation success
线程信号量和进程信号量的区别：
信号量分为有名与无名
信号量在进程是以有名信号量进行通信的，在线程是以无名信号进行通信的，因为线程LINUX还没有实现进程间的通信，所以在sem_init的第二个参数要为0，而且在多线程间的同步是可以通过有名信号量也可通过无名信号，但是一般情况线程的同步是无名信号量，无名信号量比较简单,有名信号量必须由LINUX 内核管理，由内核结构struct ipc_ids 存储，是随内核持续，系统关闭，信号量则删除，当然也可以显示删除，通过系统调用删除。